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KR20240104212A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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KR20240104212A
KR20240104212A KR1020247021221A KR20247021221A KR20240104212A KR 20240104212 A KR20240104212 A KR 20240104212A KR 1020247021221 A KR1020247021221 A KR 1020247021221A KR 20247021221 A KR20247021221 A KR 20247021221A KR 20240104212 A KR20240104212 A KR 20240104212A
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thin film
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plasma
electrode
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KR1020247021221A
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Korean (ko)
Inventor
신타로우 나카타니
다카마사 이치노
유키 곤도
Original Assignee
주식회사 히타치하이테크
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Publication date
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Abstract

플라스마 처리 장치는, 반도체 웨이퍼가 재치(載置)되는 재치면을 구비한 시료대와, 시료대를 둘러싸서 배치된 링 형상의 박막 전극을 구비하는 유전체제 링과, 박막 전극을 덮는 유전체제의 서셉터 링을 구비하고, 박막 전극은, 반도체 웨이퍼의 이면보다도 낮게 위치하는 제1 부분과, 반도체 웨이퍼의 주면보다도 높게 위치하는 제2 부분과, 제1 부분과 제2 부분을 잇는 제3 부분을 포함하고, 평면에서 보았을 때에 있어서, 박막 전극의 제1 부분은, 반도체 웨이퍼와 겹치는 겹침 영역을 갖는다.A plasma processing device includes a sample stand having a mounting surface on which a semiconductor wafer is placed, a dielectric ring having a ring-shaped thin film electrode disposed surrounding the sample stand, and a dielectric ring covering the thin film electrode. Equipped with a susceptor ring, the thin film electrode includes a first part positioned lower than the back surface of the semiconductor wafer, a second part positioned higher than the main surface of the semiconductor wafer, and a third part connecting the first part and the second part. Including, when viewed in plan view, the first portion of the thin film electrode has an overlap region that overlaps the semiconductor wafer.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}Plasma processing device and plasma processing method {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼 등의 피처리재의 가공에 바람직한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing device and a plasma processing method, and particularly to a plasma processing device and a plasma processing method suitable for processing workpieces such as semiconductor wafers.

반도체 제조 공정에서는, 일반적으로 플라스마를 이용한 드라이 에칭이 행해지고 있다. 드라이 에칭을 행하기 위한 플라스마 처리 장치는 다양한 방식이 사용되고 있다.In the semiconductor manufacturing process, dry etching using plasma is generally performed. Various types of plasma processing devices for dry etching are used.

일반적으로, 플라스마 처리 장치는, 진공 처리실, 이것에 접속된 가스 공급 장치, 진공 처리실 내의 압력을 원하는 값으로 유지하는 진공 배기계, 피처리재인 반도체 웨이퍼를 재치(載置)하는 전극, 진공 처리실 내에 플라스마를 발생시키기 위한 플라스마 발생 수단 등으로 구성되어 있다. 플라스마 발생 수단에 의해 샤워 플레이트 등으로부터 진공 처리실 내에 공급된 처리 가스를 플라스마 상태로 함으로써, 웨이퍼 재치용 전극에 유지된 반도체 웨이퍼의 에칭 처리가 행해진다.Generally, a plasma processing device includes a vacuum processing chamber, a gas supply device connected to the vacuum processing chamber, a vacuum exhaust system that maintains the pressure in the vacuum processing chamber at a desired value, an electrode for placing a semiconductor wafer as a processing material, and a plasma in the vacuum processing chamber. It consists of a plasma generating means to generate . An etching process is performed on the semiconductor wafer held on the wafer placement electrode by converting the processing gas supplied into the vacuum processing chamber from the shower plate or the like by the plasma generating means into a plasma state.

최근, 반도체 디바이스의 집적도의 향상에 수반하여, 회로 구조가 보다 미세화되고 있기 때문에, 미세 가공 즉 가공 정밀도의 향상이 요구되고 있다. 또한, 1매의 반도체 웨이퍼당의 양품 반도체 디바이스의 취득률을 향상시키기 위하여, 반도체 웨이퍼의 보다 주연부(周緣部)까지 양품 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 플라스마 처리 장치가 요구되고 있다.Recently, with the improvement of the degree of integration of semiconductor devices, circuit structures are becoming more refined, and therefore, there is a demand for microfabrication, that is, improvement in processing precision. Additionally, in order to improve the acquisition rate of non-defective semiconductor devices per sheet of semiconductor wafer, there is a demand for a plasma processing device capable of manufacturing non-defective semiconductor devices even to the peripheral portion of the semiconductor wafer.

반도체 웨이퍼의 주연부에서의 성능의 악화를 억제하기 위해서, 시료대에 재치된 반도체 웨이퍼의 외주 영역에 있어서 전계의 집중을 저감하는 것이 중요하다. 예를 들면 에칭 처리의 경우에는 처리 속도(에칭 레이트)가, 반도체 웨이퍼의 주연부에서 급격히 증대해 버리는 것을 억제할 필요가 있다. 그를 위해서는, 반도체 웨이퍼의 처리 중에 반도체 웨이퍼의 위쪽에 형성되는 시스의 두께를 반도체 웨이퍼의 중심부로부터 외주 영역까지 균일하게 할 필요가 있다.In order to suppress deterioration of performance at the peripheral portion of the semiconductor wafer, it is important to reduce the concentration of the electric field in the outer peripheral region of the semiconductor wafer placed on the sample stand. For example, in the case of etching processing, it is necessary to suppress the processing speed (etching rate) from rapidly increasing at the periphery of the semiconductor wafer. To achieve this, it is necessary to make the thickness of the sheath formed on the top of the semiconductor wafer during processing of the semiconductor wafer uniform from the center of the semiconductor wafer to the outer peripheral region.

일본국 특개2020-43100호 공보(특허문헌 1)에는, 반도체 웨이퍼가 놓인 시료대의 외주를 둘러싸서 배치된 절연 링의 일부에 도전성의 박막 전극을 마련하고, 시료대에 제1 고주파 전력을 인가하고, 박막 전극에 제2 고주파 전력을 인가함으로써, 반도체 웨이퍼의 주연부까지의 플라스마 처리의 균일성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-43100 (Patent Document 1), a conductive thin film electrode is provided on a part of an insulating ring arranged around the outer periphery of a sample stand on which a semiconductor wafer is placed, and a first high-frequency power is applied to the sample stand. , a technology for improving the uniformity of plasma processing up to the periphery of a semiconductor wafer is disclosed by applying a second high-frequency power to a thin film electrode.

일본국 특개2010-283028호 공보(특허문헌 2)에는, 반도체 웨이퍼가 놓인 시료대의 외주를 둘러싸서 배치된 유전성 링과 그 위에 마련된 도전성 링을 구비하고, 도전성 링은 웨이퍼보다 높은 상면을 갖는 외측 링과 낮은 상면을 갖는 내측 링을 일체로 구성하고 있고, 도전성 링에 직류 전압을 인가함으로써, 이온 입사 각도를 제어하여, 부착물 저감과 처리 결과의 밸런스를 개선하는 기술이 개시되어 있다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-283028 (Patent Document 2), a sample stand on which a semiconductor wafer is placed is provided with a dielectric ring arranged around the outer periphery and a conductive ring provided thereon, and the conductive ring is an outer ring having an upper surface higher than the wafer. A technology is disclosed that integrates an inner ring with a lower upper surface and controls the ion incidence angle by applying a direct current voltage to the conductive ring, thereby improving the balance of reduction of deposits and treatment results.

일본국 특개2020-43100호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2020-43100 일본국 특개2010-283028호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2010-283028

특허문헌 1은, 고주파 전력을 인가하는 박막 전극이 형성된 절연 링은, 시료대에 인가하는 다른 계통의 고주파 전력과의 전기적인 상호 간섭을 억제하기 위해서, 유전체제의 서셉터 링에 의해 시료대 재치면 이외가 덮여 있는 구조로 하고 있다. 그 때문에, 웨이퍼의 단부(端部)에 박막 전극의 내주단(內周端)을 근접시킬 수 없어, 웨이퍼 단부 주변의 바람직한 전계 제어를 위해서 추가적인 검토가 필요하다.Patent Document 1 states that an insulating ring formed with a thin film electrode for applying high-frequency power is a susceptor ring of a dielectric system in order to suppress electrical interference with high-frequency power of other systems applied to the sample stand. It has a structure in which everything other than the tooth surface is covered. Therefore, the inner circumferential edge of the thin film electrode cannot be brought close to the edge of the wafer, and additional studies are required to achieve desirable electric field control around the edge of the wafer.

또한, 특허문헌 2는, 도전성 링의 주위를 덮는 보호 링이 없기 때문에, 도전성 링이 플라스마에 접촉함으로써 도전성 링의 온도 상승이 발생한다. 그 영향에 의해 장치의 신뢰성을 손상시키는 점이나, 발열의 영향에 의한 처리 대상 웨이퍼의 온도의 불균일이 발생한 결과, 가공 형상 불균일이 발생하는 점에 대하여, 검토가 필요하다.Additionally, in Patent Document 2, since there is no protective ring covering the periphery of the conductive ring, the temperature of the conductive ring increases when the conductive ring comes into contact with plasma. It is necessary to examine the fact that the reliability of the device is impaired due to this effect, and the unevenness of the processing shape occurs as a result of uneven temperature of the wafer to be processed due to the influence of heat generation.

즉, 플라스마 처리 장치의 신뢰성 향상 또는 피처리 대상인 반도체 웨이퍼의 수율을 향상시키는 플라스마 처리 방법이 요구되고 있다.In other words, there is a need for a plasma processing method that improves the reliability of plasma processing devices or improves the yield of semiconductor wafers to be processed.

그 밖의 과제와 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.Other problems and novel features will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

일 실시형태에 있어서의 플라스마 처리 장치는, 진공 처리 장치 내부의 플라스마가 형성되는 처리실 내에 배치되고, 그 위에 처리 대상의 웨이퍼가 재치(載置)되는 재치면을 갖는 시료대로서, 상부의 중앙부에 배치되어 상면에 상기 재치면을 갖는 원통형의 볼록부와 당해 볼록부를 링 형상으로 둘러싸고 배치되어 상기 상부의 외주 부분을 구성하는 오목부와 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 고주파 전극을 구비한 시료대와, 상기 오목부에 상기 볼록부를 둘러싸고 배치된 것으로서, 상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 고주파 전극에 공급되는 것과 다른 크기의 고주파 전력이 공급되는 링 형상의 박막 전극, 및 상기 박막 전극의 상방에서 이것을 덮고 배치된 유전체제의 부분을 갖는 서셉터링을 구비하고, 상기 박막 전극은, 내주 단부를 구성하고 상기 재치면보다 낮게 위치하여 평탄한 부분을 갖는 제1 부분과, 이 제1 부분 및 상기 웨이퍼의 외주측에 배치되고 상기 웨이퍼의 상면보다 높게 위치하는 평탄한 제2 부분과, 상기 제1 부분의 외주연부와 상기 제2 부분의 내주연부를 연결하여 단차 형상의 부분을 구성하는 제3 부분을 포함하고, 상기 서셉터링은, 상기 박막 전극의 제1 부분을 덮고 웨이퍼가 재치면에 재치된 상태에서 평면에서 보았을 때에 있어서 당해 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는 내주 단부와, 상기 제2 부분을 덮는 상면이 평탄하게 된 외주부와, 이들 내주 단부와 외주부의 사이를 일체로 연결하여 외주를 향함에 따라 높아지는 경사진 상면을 갖고 상기 제2 부분을 덮는 부분을 구비한다.The plasma processing device in one embodiment is a sample table disposed in a processing chamber in which plasma is formed inside the vacuum processing device and having a placement surface on which a wafer to be processed is placed, in the central portion of the upper portion. A sample having a cylindrical convex portion disposed and having the mounting surface on the upper surface, a concave portion disposed to surround the convex portion in a ring shape and constituting an outer peripheral portion of the upper portion, and a high-frequency electrode to which high-frequency power is supplied during processing of the wafer. A ring-shaped thin film electrode arranged in the concave part surrounding the convex part and supplied with a high frequency power of a different magnitude than that supplied to the high frequency electrode during processing of the wafer, and covering the thin film electrode above the base. A susceptor ring having a portion of the dielectric material disposed, the thin film electrode comprising: a first portion constituting an inner peripheral end and having a flat portion positioned lower than the mounting surface; the first portion and an outer peripheral side of the wafer; It includes a flat second part disposed in and positioned higher than the upper surface of the wafer, and a third part forming a step-shaped part by connecting an outer periphery of the first part and an inner periphery of the second part, The susceptoring includes an inner peripheral end that covers the first part of the thin film electrode and is located below the outer peripheral end of the wafer when viewed from the top with the wafer placed on the mounting surface, and an upper surface that covers the second part. It is provided with a flat outer peripheral portion and a portion that integrally connects the inner peripheral portion and the outer peripheral portion and has an inclined upper surface that increases toward the outer periphery and covers the second portion.

또한, 일 실시형태에 있어서의 플라스마 처리 방법은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상부의 재치면 상에 처리 대상의 웨이퍼를 재치하고, 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 시료대는, 상부의 중앙부에 배치되어 상면에 상기 재치면을 갖는 원통형의 볼록부와 당해 볼록부를 링 형상으로 둘러싸고 배치되어 상기 상부의 외주 부분을 구성하는 오목부와 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 고주파 전극과, 상기 오목부에 상기 볼록부를 둘러싸고 배치된 것으로서 링 형상의 박막 전극 및 당해 박막 전극의 상방에서 이것을 덮고 배치된 유전체제의 부분을 갖는 서셉터링을 구비하고, 상기 박막 전극은, 내주 단부를 구성하고 상기 재치면보다 낮게 위치하여 평탄한 부분을 갖는 제1 부분과, 이 제1 부분 및 상기 웨이퍼의 외주측에 배치되고 상기 웨이퍼의 상면보다 높게 위치하는 평탄한 제2 부분과, 상기 제1 부분의 외주연부와 상기 제2 부분의 내주연부를 연결하여 단차 형상의 부분을 구성하는 제3 부분을 포함하고, 상기 서셉터링은, 상기 박막 전극의 제1 부분을 덮고 웨이퍼가 재치면에 재치된 상태에서 평면에서 보았을 때에 있어서 당해 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는 내주 단부와, 상기 제2 부분을 덮는 상면이 평탄하게 된 외주부와, 이들 내주단부와 외주부의 사이를 일체로 연결하여 외주를 향함에 따라 높아지는 경사진 상면을 갖고 상기 제2 부분을 덮는 부분을 구비하고, 상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 고주파 전극에 공급되는 것과 다른 크기의 고주파 전력이 공급된다.In addition, the plasma processing method in one embodiment involves placing a wafer to be treated on a placement surface of the upper part of a sample table disposed in a processing chamber inside a vacuum vessel, and processing the wafer using plasma formed in the processing chamber. A plasma processing method, wherein the sample stage includes a cylindrical convex portion disposed in the central portion of the upper surface and having the mounting surface on the upper surface, a concave portion arranged to surround the convex portion in a ring shape and constitute an outer peripheral portion of the upper portion, and the wafer. a high-frequency electrode to which high-frequency power is supplied during processing, a ring-shaped thin film electrode disposed in the concave portion surrounding the convex portion, and a susceptor ring having a portion of a dielectric material disposed above the thin film electrode to cover it. And, the thin film electrode includes a first part that constitutes an inner peripheral end and is located lower than the placing surface and has a flat portion, and this first portion and a flat second portion disposed on the outer peripheral side of the wafer and located higher than the upper surface of the wafer. It includes two parts and a third part connecting the outer peripheral part of the first part and the inner peripheral part of the second part to form a step-shaped part, wherein the susceptor ring connects the first part of the thin film electrode. An inner peripheral end located below the outer peripheral end of the wafer in a planar view with the wafer placed on the placing surface, an outer peripheral portion with a flat upper surface covering the second portion, and a space between these inner peripheral ends and the outer peripheral portion. is integrally connected, has an inclined upper surface that increases toward the outer periphery, and has a part covering the second part, and a high frequency power of a different magnitude from that supplied to the high frequency electrode is supplied during processing of the wafer.

일 실시형태에 따르면, 플라스마 처리 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 플라스마 처리에 있어서의 피처리 대상의 수율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, the reliability of the plasma processing device can be improved. Additionally, the yield of the object to be treated in plasma treatment can be improved.

도 1은 일 실시형태의 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 2는 일 실시형태의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극의 주변부를 나타내는 단면도.
도 3은 일 실시형태의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극을 나타내는 평면도.
도 4는 도 3의 X-X선에 있어서의 단면도.
도 5는 변형예 1의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극의 주변부를 나타내는 단면도.
도 6은 변형예 2인 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 단면도.
1 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the configuration of a plasma processing device of one embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of an electrode for wafer placement in a plasma processing apparatus of one embodiment.
Fig. 3 is a plan view showing electrodes for placing wafers in a plasma processing device of one embodiment.
Figure 4 is a cross-sectional view taken along line XX in Figure 3.
Fig. 5 is a cross-sectional view showing the peripheral portion of the wafer placement electrode of the plasma processing apparatus of Modification Example 1.
Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the configuration of the plasma processing device of Modification Example 2.

이하, 실시형태를 도면에 의거해서 상세히 설명한다. 또, 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복의 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시형태에서는, 특별히 필요할 때 이외는 동일 또는 마찬가지의 부분의 설명을 원칙으로 해서 반복하지 않는다.Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings. In addition, in all drawings for explaining the embodiment, members having the same function are assigned the same reference numerals, and descriptions of repetition thereof are omitted. In addition, in the following embodiments, explanation of the same or similar parts will not be repeated in principle, unless particularly necessary.

(실시형태)(Embodiment)

<플라스마 처리 장치><Plasma processing device>

이하, 본 실시형태의 플라스마 처리 장치를 도 1∼도 4를 이용해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 단면도, 도 2는 본 실시형태의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극의 주변부를 나타내는 단면도, 도 3은 본 실시형태의 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극을 나타내는 평면도, 도 4는 도 3의 X-X선에 있어서의 단면도이다.Hereinafter, the plasma processing device of this embodiment will be described using FIGS. 1 to 4. 1 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the configuration of the plasma processing apparatus of the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the peripheral portion of the wafer placement electrode of the plasma processing apparatus of the present embodiment, and FIG. 3 is a plasma processing apparatus of the present embodiment. FIG. 4 is a plan view showing electrodes for placing wafers in a processing device, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X-X in FIG. 3 .

도 1은, 플라스마 처리 장치의 일례인 플라스마 에칭 장치(100)를 나타내고 있다. 이 플라스마 에칭 장치(100)는, 플라스마를 형성하기 위한 전계로서 마이크로파의 전계를 이용하고 있고, 마이크로파의 전계와 자계의 ECR(Electron Cyclotron Resonance)을 발생시켜서 플라스마를 형성하고, 플라스마를 이용해서 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 에칭 처리한다.FIG. 1 shows a plasma etching device 100, which is an example of a plasma processing device. This plasma etching device 100 uses the electric field of a microwave as an electric field to form plasma, generates ECR (Electron Cyclotron Resonance) of the electric field and magnetic field of the microwave to form plasma, and uses the plasma to form a semiconductor wafer. A sample of the shape of the substrate is subjected to an etching treatment.

플라스마 에칭 장치(100)는, 플라스마가 형성되는 처리실(104)을 내부에 구비한 진공 용기(101)를 갖고 있다. 그 상부가 원통 형상을 갖는 처리실(104)에는, 덮개 부재로서 원판 형상의 유전체창(103)(예를 들면 석영제)이 놓여서 진공 용기(101)의 일부를 구성한다. 원통형의 진공 용기(101)와 유전체창(103) 사이에는 O링 등의 시일 부재가 배치되어, 진공 용기(101) 또는 처리실(104)의 내부의 기밀성이 확보된다.The plasma etching device 100 has a vacuum vessel 101 equipped therein with a processing chamber 104 in which plasma is formed. In the processing chamber 104, the top of which has a cylindrical shape, a disc-shaped dielectric window 103 (for example, made of quartz) is placed as a cover member and forms a part of the vacuum container 101. A sealing member such as an O-ring is disposed between the cylindrical vacuum container 101 and the dielectric window 103 to ensure airtightness inside the vacuum container 101 or the processing chamber 104.

또한, 진공 용기(101)의 하부에는 처리실(104)로 이어지는 진공 배기구(110)가 배치되고, 진공 용기(101)의 아래쪽에 배치되어 접속된 진공 배기 장치(도시 생략)와 연통(連通)되어 있다. 또한, 유전체창(103)의 아래쪽에는, 처리실(104)의 원형의 천장면을 구성하는 샤워 플레이트(102)가 구비되어 있다. 샤워 플레이트(102)는, 중앙부에 관통해서 배치된 복수의 가스 도입 구멍(102a)을 가진 원판 형상을 갖고 있고, 가스 도입 구멍(102a)을 통해 에칭 처리용의 가스가 처리실(104)에 도입된다. 샤워 플레이트(102)는, 석영 등의 유전체의 재료로 구성되어 있다.In addition, a vacuum exhaust port 110 leading to the processing chamber 104 is disposed at the bottom of the vacuum container 101, and is in communication with a vacuum exhaust device (not shown) disposed and connected to the bottom of the vacuum container 101. there is. Additionally, below the dielectric window 103, a shower plate 102 forming the circular ceiling surface of the processing chamber 104 is provided. The shower plate 102 has a disk shape with a plurality of gas introduction holes 102a disposed through the central portion, and gas for etching treatment is introduced into the processing chamber 104 through the gas introduction holes 102a. . The shower plate 102 is made of a dielectric material such as quartz.

진공 용기(101)의 위쪽에는, 플라스마(116)를 생성하기 위한 전계 및 자계를 형성하는 전계·자계 형성부(160)가 배치되어 있다. 전계·자계 형성부(160)는, 도파관(105)과 전계 발생용 전원(106)을 구비하고, 전계 발생용 전원(106)으로부터 발진한 고주파의 전계는, 도파관(105)의 내부를 전달되어 처리실(104) 내에 도입된다. 전계의 주파수는, 예를 들면, 2.45GHz의 마이크로파가 사용된다.Above the vacuum container 101, an electric field/magnetic field forming unit 160 is disposed to form an electric field and a magnetic field for generating the plasma 116. The electric field/magnetic field forming unit 160 includes a waveguide 105 and an electric field generation power source 106, and the high-frequency electric field oscillated from the electric field generation power source 106 is transmitted to the inside of the waveguide 105. It is introduced into the processing chamber 104. As the frequency of the electric field, for example, a microwave of 2.45 GHz is used.

도파관(105)의 하단부의 주위 및 진공 용기(101)의 주위의 각각에는, 자장 발생 코일(107)이 배치되어 있다. 자장 발생 코일(107)은, 직류 전류가 공급되어 자장을 형성하는 전자석 및 요크로 구성되어 있다.Magnetic field generating coils 107 are disposed around the lower end of the waveguide 105 and around the vacuum container 101. The magnetic field generating coil 107 is composed of an electromagnet and a yoke that form a magnetic field by supplying direct current.

샤워 플레이트(102)의 가스 도입 구멍(102a)으로부터 처리실(104) 내에 처리용의 가스가 도입된 상태에서, 전계 발생용 전원(106)으로부터 발진된 마이크로파의 전계는, 도파관(105)의 내부를 전파해서 유전체창(103) 및 샤워 플레이트(102)를 투과하여 처리실(104)에 위쪽으로부터 하향으로 공급된다. 또한, 자장 발생 코일(107)에 공급된 직류 전류에 의해 발생된 자계가 처리실(104) 내에 공급되고, 마이크로파의 전계와 상호 작용을 일으켜서, ECR(Electron Cyclotron Resonance)을 발생시킨다. ECR에 의해, 처리용의 가스의 원자 또는 분자가 여기(勵起), 해리 또는 전리되어, 처리실(104) 내에 고밀도의 플라스마(116)가 생성된다.With the gas for processing introduced into the processing chamber 104 through the gas introduction hole 102a of the shower plate 102, the electric field of the microwave oscillated from the electric field generation power source 106 passes through the inside of the waveguide 105. It propagates, passes through the dielectric window 103 and the shower plate 102, and is supplied to the processing chamber 104 from top to bottom. In addition, the magnetic field generated by the direct current supplied to the magnetic field generating coil 107 is supplied into the processing chamber 104 and interacts with the electric field of microwaves, generating ECR (Electron Cyclotron Resonance). By ECR, atoms or molecules of the processing gas are excited, dissociated, or ionized, and a high-density plasma 116 is generated in the processing chamber 104.

플라스마(116)가 형성되는 공간의 아래쪽에는, 웨이퍼 재치용 전극(120)이 배치되어 있다. 웨이퍼 재치용 전극(120)은 그 상부의 중앙부는 외주측보다 상면이 높게 된 원통형의 돌기(볼록 형상) 부분을 구비하고 있고, 볼록 형상 부분의 상면에 시료(처리 대상)인 반도체 웨이퍼(이후, 단순히 웨이퍼라 함)(109)가 놓이는 재치면(120a)을 구비하고 있다. 그 재치면(120a)은, 샤워 플레이트(102) 또는 유전체창(103)에 대향하도록 배치되어 있다.An electrode 120 for wafer placement is disposed below the space where the plasma 116 is formed. The wafer placement electrode 120 has a cylindrical protrusion (convex shape) portion whose upper central portion is higher than the outer peripheral side, and a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a sample (processing target)) on the upper surface of the convex portion. It is provided with a placement surface 120a on which 109 (simply referred to as a wafer) is placed. The mounting surface 120a is arranged to face the shower plate 102 or the dielectric window 103.

도 2에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 재치용 전극(120)은, 전극 기재(108), 전극 기재(108)의 위에 마련된 유전체막(140), 전극 기재(108)의 아래에 마련된 절연 플레이트(150) 및 접지 플레이트(151), 유전체 링(139), 그리고, 서셉터 링(113)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the wafer placement electrode 120 includes an electrode base 108, a dielectric film 140 provided on the electrode base 108, and an insulating plate 150 provided below the electrode base 108. and a ground plate 151, a dielectric ring 139, and a susceptor ring 113.

전극 기재(108)는, 볼록부(돌기부)(108p)와 오목부(함몰부)(108d)를 구비하고 있다. 평면에서 보았을 때에 있어서 원형 형상의 볼록부(108p)는, 전극 기재(108)의 중앙부에 위치하고, 그 주위에 링 형상의 오목부(108d)가 위치하고 있다. 볼록부(108p)는 평면에서 보았을 때에 있어서 원형 형상의 상면(108a)을 구비하고, 상면(108a)은 유전체막(140)으로 피복되어 있다. 그리고, 유전체막(140)은, 재치면(120a)을 구비하고 있고, 재치면(120a) 상에 반도체 웨이퍼(109)가 재치된다. 재치면(120a)은 평면에서 보았을 때에 있어서 원형 형상을 갖고, 그 반경은, 상면(108a)의 반경과 동일하며, 양자의 원형 형상의 중심은 서로 겹쳐 있다.The electrode base material 108 is provided with a convex portion (protrusion) 108p and a concave portion (depressed portion) 108d. In plan view, the circular convex portion 108p is located in the central portion of the electrode base 108, and a ring-shaped concave portion 108d is located around it. The convex portion 108p has an upper surface 108a that is circular in plan view, and the upper surface 108a is covered with a dielectric film 140. Then, the dielectric film 140 has a placement surface 120a, and the semiconductor wafer 109 is placed on the placement surface 120a. The placement surface 120a has a circular shape in plan view, its radius is the same as the radius of the upper surface 108a, and the centers of both circular shapes overlap each other.

유전체막(140)의 내부에는, 복수의 도전체제의 막인 도전체막(111)이 배치되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 도전체막(111)은 고주파 필터(125)를 통해서 직류 전원(126)과 접속되어 있다. 도전체막(111)에 직류 전력을 공급하면, 도전체막(111) 상의 유전체막(140)을 통해서 재치면(120a)에 반도체 웨이퍼(109)가 흡착된다. 도전체막(111)은, 정전 흡착용 전극이다. 편의상, 전극 기재(108)의 볼록부(돌기부)(108p)와, 도전체막(111)을 포함하는 유전체막(140)을 시료대(ST)라 부른다.Inside the dielectric film 140, a conductor film 111, which is a film of a plurality of conductive systems, is disposed. As shown in FIG. 1 , the conductor film 111 is connected to a direct current power source 126 through a high-frequency filter 125 . When direct current power is supplied to the conductor film 111, the semiconductor wafer 109 is adsorbed to the placement surface 120a through the dielectric film 140 on the conductor film 111. The conductor film 111 is an electrode for electrostatic adsorption. For convenience, the convex portion (protrusion) 108p of the electrode base 108 and the dielectric film 140 including the conductive film 111 are called a sample stage ST.

전극 기재(108)는, 분기 박스(127) 및 정합기(129)를 통해서 고주파 전원(124)과 접속되어 있다. 이들 고주파 전원(124)과 정합기(129)는, 고주파 필터(125)와 도전체막(111) 사이의 거리보다 가까운 개소에 배치되어 있다. 또한, 고주파 전원(124)은, 접지(112)에 접속되어 있다.The electrode base material 108 is connected to the high-frequency power source 124 through the branch box 127 and the matching device 129. These high-frequency power sources 124 and matching devices 129 are arranged closer than the distance between the high-frequency filter 125 and the conductive film 111. Additionally, the high-frequency power supply 124 is connected to ground 112.

반도체 웨이퍼(109)의 처리 중에는, 고주파 전원(124)으로부터 소정의 주파수의 고주파 전력이 전극 기재(108)(즉, 시료대(ST))에 공급된다. 유전체막(140)을 통해서 재치면(120a)에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼(109)의 위쪽에 플라스마(116)의 전위와, 전극 기재(108)의 전위의 차에 따른 분포를 갖는 바이어스 전위가 형성된다.During processing of the semiconductor wafer 109, high-frequency power of a predetermined frequency is supplied from the high-frequency power source 124 to the electrode base material 108 (i.e., sample stand ST). A bias potential having a distribution depending on the difference between the potential of the plasma 116 and the potential of the electrode base 108 is formed above the semiconductor wafer 109 adsorbed and held on the mounting surface 120a through the dielectric film 140. do.

전극 기재(108)의 내부에는, 웨이퍼 재치용 전극(120)을 냉각하기 위해서, 전극 기재(108)의 상하 방향의 중심축의 둘레에 나선 형상 또는 동심(同心) 형상으로 다중으로 배치된 냉매 유로(152)가 구비되어 있다. 웨이퍼 재치용 전극(120)에의 입구 및 출구는, 도시하지 않은 냉동 사이클을 구비하며 냉매를 열전달에 의해 소정의 범위 내의 온도로 조절하는 온도 조절기와 관로에 의해 접속되어 있고, 냉매 유로(152)를 흘러서 열교환에 의해 온도가 변화한 냉매는 출구로부터 유출되어 관로를 통해서 온도 조절기 내부의 유로를 지나 소정의 온도 범위로 된 후, 전극 기재(108) 내의 냉매 유로(152)에 공급되어 순환한다.Inside the electrode base 108, in order to cool the wafer placement electrode 120, multiple coolant passages are arranged in a spiral or concentric shape around the central axis in the vertical direction of the electrode base 108 ( 152) is provided. The inlet and outlet of the wafer placement electrode 120 are connected by a pipe to a temperature controller that has a refrigeration cycle (not shown) and adjusts the coolant to a temperature within a predetermined range by heat transfer, and has a coolant flow path 152. The refrigerant whose temperature has changed due to heat exchange flows out of the outlet, passes through the pipe inside the temperature controller, reaches a predetermined temperature range, and is then supplied to the refrigerant passage 152 in the electrode base 108 for circulation.

전극 기재(108)의 오목부(108d)에는, 볼록부(108p)를 둘러싸는 링 형상의 유전체 링(139)이 놓이고, 유전체 링(139) 상에는 서셉터 링(113)이 놓여 있다. 유전체 링(139) 및 서셉터 링(113)은, 예를 들면 석영 혹은 알루미나 등의 세라믹스와 같은 유전체제의 재료에 의해 구성되어 있다. 전극 기재(108)의 측면 및 오목부(108b)의 저면은, 적어도 유전체 링(139) 또는 서셉터 링(113)에 의해 덮여 있기 때문에, 전극 기재(108)가 플라스마에 의해 손상을 받는 것을 방지할 수 있다. 또한, 서셉터 링(113)과 접하는 유전체 링(139)의 표면은, 예를 들면 표면 거칠기 Ra가 1.0 이상인 조면(粗面)에 의해 구성되어 있다. 이렇게 해서, 플라스마에 접해서 고온으로 되는 서셉터 링(113)으로부터 유전체 링(139)에의 전열을 억제하고 있다.A ring-shaped dielectric ring 139 surrounding the convex portion 108p is placed in the concave portion 108d of the electrode base 108, and a susceptor ring 113 is placed on the dielectric ring 139. The dielectric ring 139 and the susceptor ring 113 are made of a dielectric material such as ceramics such as quartz or alumina. Since the side surface of the electrode base 108 and the bottom of the concave portion 108b are covered with at least the dielectric ring 139 or the susceptor ring 113, the electrode base 108 is prevented from being damaged by plasma. can do. In addition, the surface of the dielectric ring 139 in contact with the susceptor ring 113 is made of a rough surface with a surface roughness Ra of 1.0 or more, for example. In this way, heat transfer from the susceptor ring 113, which becomes high temperature due to contact with plasma, to the dielectric ring 139 is suppressed.

유전체 링(139)은, 유전체성 링(139a)과 박막 전극(139b)에 의해 구성되어 있고, 박막 전극(139b)은, 유전체성 링(139a)의 계단 형상의 상면에 형성되어 있다. 박막 전극(139b)은, 부하 임피던스 가변 박스(130)를 통해서 분기 박스(127)에 접속되어 있다. 즉, 반도체 웨이퍼(109)가 재치되는 시료대(ST)의 전극 기재(108)와, 유전체 링(139)의 박막 전극(139b)은, 단일 전원인 고주파 전원(124)에 접속되어 있고, 고주파 전원(124)으로부터 전극 기재(108) 및 박막 전극(139b)에 고주파 전력이 공급된다.The dielectric ring 139 is composed of a dielectric ring 139a and a thin film electrode 139b, and the thin film electrode 139b is formed on the step-shaped upper surface of the dielectric ring 139a. The thin film electrode 139b is connected to the branch box 127 through the load impedance variable box 130. That is, the electrode base 108 of the sample stand ST on which the semiconductor wafer 109 is placed and the thin film electrode 139b of the dielectric ring 139 are connected to the high frequency power supply 124, which is a single power supply, and the high frequency power supply 124 is connected to the high frequency power supply 124. High-frequency power is supplied from the power source 124 to the electrode base 108 and the thin film electrode 139b.

웨이퍼 재치용 전극(120)은, 전극 기재(108)의 하면에 맞닿아서 배치된 원판 형상의 절연 플레이트(150)와, 절연 플레이트(150)의 하면에 맞닿아서 배치된 원판 형상의 도전체제의 부재이며, 또한 접지 전위로 된 접지 플레이트(151)를 구비하고 있다.The wafer placement electrode 120 includes a disk-shaped insulating plate 150 disposed in contact with the lower surface of the electrode base 108, and a disk-shaped conductive material disposed in contact with the lower surface of the insulating plate 150. It is a member of and also has a ground plate 151 at ground potential.

도 1에 나타내는 바와 같이, 전계 발생용 전원(106), 자장 발생 코일(107), 고주파 전원(124), 고주파 필터(125), 직류 전원(126), 분기 박스(127), 정합기(129), 부하 임피던스 가변 박스(130)는, 제어기(170)와 유선 또는 무선에 의해서 통신 가능하게 접속되어 있다.As shown in FIG. 1, a power source 106 for electric field generation, a magnetic field generation coil 107, a high frequency power source 124, a high frequency filter 125, a direct current power source 126, a branch box 127, and a matching device 129. ), the load impedance variable box 130 is communicatively connected to the controller 170 by wire or wirelessly.

도 3의 평면도 및 도 4의 단면도를 이용해서, 시료대(ST)의 재치면(120a), 반도체 웨이퍼(109) 및 박막 전극(139b)에 대하여 설명한다. 또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(109)는, 플라스마 처리가 실시되는 주면(109a)과, 재치면(120a)에 접촉하는 이면(109b)과, 주면(109a)의 원호부인 단부(109e)를 갖는다.Using the top view of FIG. 3 and the cross-sectional view of FIG. 4, the placement surface 120a of the sample stage ST, the semiconductor wafer 109, and the thin film electrode 139b will be explained. In addition, as shown in FIG. 4, the semiconductor wafer 109 has a main surface 109a on which plasma processing is performed, a back surface 109b in contact with the placement surface 120a, and an end portion that is an arc of the main surface 109a ( 109e).

도 3에 나타내는 바와 같이, 재치면(120a)은, 중심(OS)으로부터 반경 R1의 원형 형상을 갖는다. 링 형상의 박막 전극(139b)은, 중심(OS)으로부터 반경 R3의 원형 형상의 내주단(139bie)과, 중심(OS)으로부터 반경 R4의 원형 형상의 외주단(139boe)을 갖는다. 또한, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)(환언하면, 단부(109e))은, 중심(OU)으로부터 반경 R2의 원형 형상을 갖는다. 또, 반도체 웨이퍼(109)를 재치면(120a)에 탑재할 때의 「맞춤 어긋남」에 의해, 중심(OU)이 중심(OS)으로부터 어긋나는 경우가 있지만, 도 3에서는 일치한 경우를 나타내고 있다. 「맞춤 어긋남」이 있다고 해도, 그것이 허용 범위 내이면 플라스마 처리는 실시된다. 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)의 반경 R2는 재치면(120a)의 반경 R1보다도 크다(R2>R1). 또한, 박막 전극(139b)의 외주단(139boe)의 반경 R4는, 내주단(139bie)의 반경 R3보다도 크다(R4>R3). 본 실시형태의 특징점은, 박막 전극(139b)의 내주단(139bie)의 반경 R3이 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e)의 반경 R2보다도 작은 것이다(R3<R2). 즉, 평면에서 보았을 때에 있어서 박막 전극(139b)과 반도체 웨이퍼(109)는 「겹침 영역(도 3에 있어서 해칭을 부여한 영역)」을 갖는 것으로 된다. 그리고, 이 「겹침 영역」은 반도체 웨이퍼(109)의 원호 형상의 단부(109e)의 전역에 걸친다. 가령, 전술의 「맞춤 어긋남」이 발생해서 중심(OU)이 중심(OS)으로부터 어긋난 경우에도, 「겹침 영역」은 반도체 웨이퍼(109)의 원호 형상의 단부(109e)의 전역에 걸쳐서 확보된다.As shown in FIG. 3, the placement surface 120a has a circular shape with a radius R1 from the center OS. The ring-shaped thin film electrode 139b has an inner peripheral end 139bie of a circular shape with a radius R3 from the center OS and an outer peripheral end 139boe of a circular shape with a radius R4 from the center OS. Additionally, the main surface 109a (in other words, the end portion 109e) of the semiconductor wafer 109 has a circular shape with a radius R2 from the center OU. In addition, the center OU may deviate from the center OS due to “alignment misalignment” when the semiconductor wafer 109 is mounted on the placement surface 120a, but FIG. 3 shows a case where it coincides. Even if there is “misalignment”, plasma treatment is performed if it is within the allowable range. The radius R2 of the main surface 109a of the semiconductor wafer 109 is larger than the radius R1 of the placement surface 120a (R2>R1). Additionally, the radius R4 of the outer peripheral end 139boe of the thin film electrode 139b is larger than the radius R3 of the inner peripheral end 139bie (R4>R3). A characteristic point of this embodiment is that the radius R3 of the inner peripheral edge 139bie of the thin film electrode 139b is smaller than the radius R2 of the edge 109e of the semiconductor wafer 109 (R3<R2). That is, in plan view, the thin film electrode 139b and the semiconductor wafer 109 have an “overlapping area (hatched area in FIG. 3).” And, this “overlapping area” extends over the entire arc-shaped end portion 109e of the semiconductor wafer 109. For example, even when the above-mentioned “misalignment” occurs and the center OU deviates from the center OS, the “overlapping area” is secured over the entire arc-shaped end 109e of the semiconductor wafer 109.

도 4에 나타내는 바와 같이, 유전체제 링(139a)의 상면은, 계단 형상으로 배치된 제1 면(139a1), 제3 면(139a3) 및 제2 면(139a2)을 구비한다. 제1 면(139a1) 및 제2 면(139a2)은, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a) 또는 재치면(120a)에 평행한 수평면이고, 제3 면(139a3)은, 제1 면(139a1)과 제2 면(139a2)을 잇는 면이고, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a) 또는 재치면(120a)에 대해서 수직인 면이다. 그리고, 유전체제 링(139a)의 상면에는 박막 전극(139b)이 마련되어 있다. 또, 유전체제 링(139a)의 상면에 절연성 피막을 마련하고, 그 위에 박막 전극(139b)을 형성해도 된다.As shown in Fig. 4, the upper surface of the dielectric ring 139a has a first surface 139a1, a third surface 139a3, and a second surface 139a2 arranged in a step shape. The first surface 139a1 and the second surface 139a2 are horizontal surfaces parallel to the main surface 109a or the placement surface 120a of the semiconductor wafer 109, and the third surface 139a3 is the first surface 139a1. ) and the second surface 139a2, and is a surface perpendicular to the main surface 109a or the placement surface 120a of the semiconductor wafer 109. Additionally, a thin film electrode 139b is provided on the upper surface of the dielectric ring 139a. Additionally, an insulating film may be provided on the upper surface of the dielectric ring 139a, and a thin film electrode 139b may be formed thereon.

박막 전극(139b)은, 예를 들면 텅스텐의 용사막과 같은 도전성막에 의해 구성되어 있다. 링 형상의 박막 전극(139b)은, 내주단(139bie)으로부터 외주단(139boe)에 이르는 링폭을 갖고, 폭 방향에 제1 부분(139b1), 제3 부분(139b3) 및 제2 부분(139b2)을 갖는다. 제1 부분(139b1), 제3 부분(139b3) 및 제2 부분(139b2)은, 각각, 유전체제 링(139a)의 상면의 제1 면(139a1), 제3 면(139a3) 및 제2 면(139a2)에 대응해서 형성되어 있다. 따라서, 제1 부분(139b1) 및 제2 부분(139b2)은, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a) 또는 재치면(120a)에 평행한 수평면이고, 제3 부분(139b3)은, 제1 부분(139b1)과 제2 부분(139b2)을 잇는 수직면이다. 또한, 제1 부분(139b1)은, 연직 방향에 있어서, 그 전역이 반도체 웨이퍼(109)의 이면(109b)보다도 낮게 위치하고 있고, 내주단(139bie)은 반도체 웨이퍼(109)의 아래쪽에 위치하며 반도체 웨이퍼(109)와 겹쳐 있다. 제1 부분(139b1)은, 반도체 웨이퍼(109)의 이면(109b)으로부터 수직 방향으로 거리 A만큼 이간해서 배치되고, 평면에서 보았을 때에 있어서, 반도체 웨이퍼(109)와의 사이에 「겹침 영역」을 갖는다. 제2 부분(139b2)은, 그 전역이 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)보다도 높게 위치하고 있다. 또한, 제3 부분(139b3)은, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e)로부터 수평 방향으로 거리 B만큼 이간하고 있다. 본 실시형태의 특징은, 거리 A는 거리 B보다도 작은 것이다. 수평 방향이란, 연직 방향과 직교하는 방향이고, 재치면(120a) 또는 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)과 평행한 방향이다.The thin film electrode 139b is made of a conductive film such as a tungsten thermal spray film. The ring-shaped thin film electrode 139b has a ring width extending from the inner peripheral end 139bie to the outer peripheral end 139boe, and has a first part 139b1, a third part 139b3, and a second part 139b2 in the width direction. has The first part 139b1, the third part 139b3, and the second part 139b2 are the first surface 139a1, the third surface 139a3, and the second surface of the upper surface of the dielectric ring 139a, respectively. It is formed corresponding to (139a2). Accordingly, the first portion 139b1 and the second portion 139b2 are horizontal surfaces parallel to the main surface 109a or the placement surface 120a of the semiconductor wafer 109, and the third portion 139b3 is the first portion. It is a vertical plane connecting (139b1) and the second part (139b2). In addition, the entire first portion 139b1 is located lower than the back surface 109b of the semiconductor wafer 109 in the vertical direction, and the inner circumferential edge 139bie is located below the semiconductor wafer 109 and is positioned below the semiconductor wafer 109. It overlaps with the wafer 109. The first portion 139b1 is disposed at a distance A in the vertical direction from the back surface 109b of the semiconductor wafer 109, and has an “overlapping area” between it and the semiconductor wafer 109 when viewed from the top. . The entire second portion 139b2 is located higher than the main surface 109a of the semiconductor wafer 109. Additionally, the third portion 139b3 is spaced apart from the end portion 109e of the semiconductor wafer 109 by a distance B in the horizontal direction. A characteristic of this embodiment is that distance A is smaller than distance B. The horizontal direction is a direction perpendicular to the vertical direction and is parallel to the placement surface 120a or the main surface 109a of the semiconductor wafer 109.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 박막 전극(139b)의 제1 부분(139b1), 제3 부분(139b3) 및 제2 부분(139b2)은, 그 표면(상면)이 서셉터 링(113)에 의해 덮여 있다. 그리고, 서셉터 링(113)은, 제2 부분(139b2)의 위쪽에 있어서, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)보다도 높은 수평면을 구비하고 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the first part 139b1, the third part 139b3, and the second part 139b2 of the thin film electrode 139b have their surfaces (upper surfaces) on the susceptor ring 113. covered by And, the susceptor ring 113 has a horizontal surface higher than the main surface 109a of the semiconductor wafer 109 above the second portion 139b2.

<플라스마 처리 방법><Plasma processing method>

다음으로, 전술의 플라스마 에칭 장치(100)를 이용한 플라스마 처리 방법을 설명한다.Next, a plasma processing method using the above-described plasma etching device 100 will be described.

우선, 전술의 플라스마 에칭 장치(100)를 준비한다.First, prepare the plasma etching device 100 described above.

다음으로, 반도체 웨이퍼(109)의 반입 공정이다. 진공 용기(101)의 측벽에는 처리실(104)과 동일한 압력까지 감압된 진공 반송실이 연결되어 있다. 반도체 웨이퍼(109)는, 진공 반송실 내에 배치된 웨이퍼 반송용의 로봇의 암(arm) 선단 상에 놓이고, 처리실(104) 내부에 반입된다. 다음으로, 반도체 웨이퍼(109)는 재치면(120a) 상에 놓이고, 시료대(ST)에 정전 흡착되어 유지된다.Next is the loading process of the semiconductor wafer 109. A vacuum transfer chamber decompressed to the same pressure as the processing chamber 104 is connected to the side wall of the vacuum vessel 101. The semiconductor wafer 109 is placed on the tip of an arm of a wafer transfer robot disposed in the vacuum transfer chamber and brought into the processing chamber 104. Next, the semiconductor wafer 109 is placed on the placement surface 120a and held by electrostatic adsorption on the sample stage ST.

다음은, 에칭 가스 도입 공정이다. 반송용 로봇이, 진공 반송실 내부에 퇴실한 후, 처리실(104) 내부가 밀폐된다. 이 상태에서, 에칭 처리용의 가스가 처리실(104) 내에 공급된다. 도입된 가스는, 샤워 플레이트(102)의 가스 도입 구멍(102a)을 통해 처리실(104)에 도입된다. 처리실(104) 내부는, 진공 배기구(110)에 연결된 진공 배기 장치의 동작에 의해, 진공 배기구(110)를 통해 내부의 가스나 입자가 배기되고 있다. 샤워 플레이트(102)의 가스 도입 구멍(102a)으로부터의 가스의 공급량과 진공 배기구(110)로부터의 배기량의 밸런스에 따라서, 처리실(104) 내가 반도체 웨이퍼(109)의 처리에 적합한 소정의 압력으로 조정된다.Next is the etching gas introduction process. After the transfer robot leaves the vacuum transfer chamber, the inside of the processing chamber 104 is sealed. In this state, gas for etching processing is supplied into the processing chamber 104. The introduced gas is introduced into the processing chamber 104 through the gas introduction hole 102a of the shower plate 102. Inside the processing chamber 104 , internal gases or particles are exhausted through the vacuum exhaust port 110 by the operation of a vacuum exhaust device connected to the vacuum exhaust port 110 . According to the balance of the amount of gas supplied from the gas introduction hole 102a of the shower plate 102 and the amount of gas discharged from the vacuum exhaust port 110, the pressure in the processing chamber 104 is adjusted to a predetermined pressure suitable for processing the semiconductor wafer 109. do.

다음은, 플라스마 에칭(플라스마 처리) 공정이다. 상세는 생략하지만, 필요에 따라 반도체 웨이퍼(109)의 온도 조정을 행한 후, 처리실(104) 내에 마이크로파의 전계와 자계가 공급되어 가스를 이용해서 플라스마(116)가 생성된다. 플라스마(116)가 형성되면, 전극 기재(108)에 고주파 전원(124)으로부터 고주파(RF) 전력이 공급되고, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)의 위쪽에 바이어스 전위가 형성되어 플라스마(116)의 전위와의 사이의 전위차에 따라서 플라스마(116) 내의 이온 등의 하전 입자가 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)으로 유인된다. 또한, 하전 입자가, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)에 미리 배치된 처리 대상의 막층의 표면에 충돌해서 에칭 처리가 행해진다. 또한, 도 2∼도 4에서 설명한 바와 같이, 유전체 링(139)에 마련된 박막 전극(139b)에는, 고주파 전원(124)으로부터 정합 회로(129), 분기 박스(127) 및 부하 임피던스 가변 박스(130)를 경유해서 고주파(RF) 전력이 공급된다. 또, 에칭 처리 중에는, 처리실(104) 내에 도입된 처리용의 가스나 처리 중에 발생한 반응 생성물의 입자가 진공 배기구(110)로부터 배기된다.Next is the plasma etching (plasma treatment) process. Although the details are omitted, after adjusting the temperature of the semiconductor wafer 109 as necessary, microwave electric and magnetic fields are supplied into the processing chamber 104 to generate plasma 116 using gas. When the plasma 116 is formed, high frequency (RF) power is supplied to the electrode base 108 from the high frequency power source 124, and a bias potential is formed above the main surface 109a of the semiconductor wafer 109 to generate plasma 116. ), charged particles such as ions in the plasma 116 are attracted to the main surface 109a of the semiconductor wafer 109 according to the potential difference between the potential and the potential of ). Additionally, charged particles collide with the surface of the film layer to be processed previously disposed on the main surface 109a of the semiconductor wafer 109, and etching is performed. In addition, as explained in FIGS. 2 to 4, the thin film electrode 139b provided on the dielectric ring 139 includes a matching circuit 129, a branch box 127, and a load impedance variable box 130 from the high frequency power source 124. Radio frequency (RF) power is supplied via ). Additionally, during the etching process, processing gas introduced into the processing chamber 104 and particles of reaction products generated during processing are exhausted from the vacuum exhaust port 110.

다음은, 반도체 웨이퍼(109)의 반출 공정이다. 에칭 처리가 종료된 반도체 웨이퍼(109)는, 전술의 반송용 로봇의 암 선단에 지지되어 처리실(104)의 밖으로 반출된다.Next is the unloading process of the semiconductor wafer 109. The semiconductor wafer 109 on which the etching process has been completed is carried out of the processing chamber 104 while being supported by the tip of the arm of the above-described transport robot.

<본 실시형태의 특징><Features of this embodiment>

본 실시형태의 플라스마 처리 장치는, 반도체 웨이퍼(109)의 처리 중에, 시료대(ST)의 전극 기재(108)와, 유전체 링(139)에 마련한 박막 전극(139b)에 단일의 고주파 전원(124)으로부터 고주파 전력을 공급한다. 고주파 전원(124)으로부터 출력된 고주파 전력은, 분기 박스(127)와 박막 전극(139b) 사이를 전기적으로 접속하는 급전 경로 상을 그 위에 배치된 부하 임피던스 가변 박스(130)를 통해서 서셉터 링(113)의 내측에 배치된 박막 전극(139b)에 공급된다. 이때, 부하 임피던스 가변 박스(130)에 있어서 급전 경로 상의 임피던스가 바람직한 범위 내의 값으로 조절됨으로써, 서셉터 링(113)의 상부의 상대적으로 높은 임피던스 부분에 대해서, 고주파 전원(124)으로부터 분기 박스(127)를 경유하고, 전극 기재(108)를 통해 반도체 웨이퍼(109)의 주연부까지의 고주파 전력에 대한 임피던스의 값이 상대적으로 낮게 된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(109)의 주연부 및 외주 영역에 고주파 전력을 효과적으로 공급하여, 반도체 웨이퍼(109)의 주연부 및 외주 영역에서의 전계의 집중을 완화해서 이들 영역의 위쪽에 있어서의 바이어스 전위의 등전위면의 높이의 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 플라스마 처리 장치의 신뢰성이 향상함과 함께, 반도체 웨이퍼(109)의 플라스마 처리의 수율을 향상시킬 수 있다.The plasma processing device of this embodiment uses a single high-frequency power source 124 to connect the electrode base 108 of the sample stage ST and the thin film electrode 139b provided on the dielectric ring 139 during processing of the semiconductor wafer 109. ) supplies high-frequency power from The high-frequency power output from the high-frequency power source 124 is transmitted through the load impedance variable box 130 disposed thereon on the power supply path electrically connecting the branch box 127 and the thin film electrode 139b to the susceptor ring ( It is supplied to the thin film electrode 139b disposed inside 113). At this time, the impedance on the power supply path in the load impedance variable box 130 is adjusted to a value within a desirable range, so that the branch box ( The impedance value for high-frequency power from 127) to the periphery of the semiconductor wafer 109 through the electrode base 108 becomes relatively low. As a result, high-frequency power is effectively supplied to the peripheral and outer regions of the semiconductor wafer 109, the concentration of electric fields in the peripheral and outer regions of the semiconductor wafer 109 is alleviated, and the bias potential above these regions is reduced. The height distribution of the equipotential surface can be made uniform. Therefore, the reliability of the plasma processing device can be improved and the yield of plasma processing of the semiconductor wafer 109 can be improved.

또한, 박막 전극(139b)은, 반도체 웨이퍼(109)의 이면(109b)보다도 낮게 위치하는 제1 부분(139b1)과, 반도체 웨이퍼(109)의 주면(109a)보다도 높게 위치하는 제2 부분(139b2)과, 제1 부분(139b1)과 제2 부분(139b2)을 잇는 제3 부분(139b3)을 구비하고 있다. 그리고, 평면에서 보았을 때에 있어서, 제1 부분(139b1)은 반도체 웨이퍼(109)와 겹치는 「겹침 영역」을 갖고 있다. 또한, 제1 부분(139b1)은, 이면(109b)으로부터 수직 방향으로 거리 A만큼 이간해서 배치되고, 제3 부분(139b3)은, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e)로부터 수평 방향으로 거리 B만큼 이간해서 배치되고, 거리 A는 거리 B보다도 작다.In addition, the thin film electrode 139b has a first part 139b1 positioned lower than the back surface 109b of the semiconductor wafer 109, and a second part 139b2 positioned higher than the main surface 109a of the semiconductor wafer 109. ) and a third part 139b3 connecting the first part 139b1 and the second part 139b2. And, in plan view, the first portion 139b1 has an “overlapping area” that overlaps the semiconductor wafer 109. In addition, the first part 139b1 is arranged at a distance A in the vertical direction from the back surface 109b, and the third part 139b3 is arranged at a distance B in the horizontal direction from the end 109e of the semiconductor wafer 109. They are placed as far apart as possible, and distance A is smaller than distance B.

고주파 전력을 박막 전극(139b)에 공급함에 의해서 얻어지는 반도체 웨이퍼(109)의 외주 영역의 시스 전위 분포는, 주로 제1 부분(139b1) 및 제2 부분(139b2)에 의해서 형성된다. 이 전위 분포는, 제1 부분(139b1)과 제2 부분(139b2)을 반도체 웨이퍼(109)에 근접시킴으로써, 전계 강도를 강하게 할 수 있어, 시스 전위의 제어역을 확대하는 것이 가능하다. 그러나, 제3 부분(139b3)을 반도체 웨이퍼(109)에 너무 근접시키면, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e) 부근에 있어서 서셉터 링(113)의 형상을 따른 급구배의 시스 전위 분포로 되어, 제어역으로서 부적당하게 된다. 한편, 제1 부분(139b1)을 반도체 웨이퍼(109)의 이면(109b)에 근접시키는 경우는, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e) 부근만의 시스 전위 분포에 영향을 나타내고, 제어성은 제3 부분(139b3)을 너무 근접시킨 경우와 비교해서 양호해진다. 이상으로부터, 바람직한 시스 전위 제어역을 구비하기 위하여, 거리 A는 거리 B보다 작은 관계성(A<B)인 것이 바람직하다.The cis potential distribution in the outer peripheral region of the semiconductor wafer 109 obtained by supplying high-frequency power to the thin film electrode 139b is mainly formed by the first portion 139b1 and the second portion 139b2. This potential distribution can increase the electric field strength by bringing the first part 139b1 and the second part 139b2 closer to the semiconductor wafer 109, making it possible to expand the control area of the cis potential. However, if the third portion 139b3 is brought too close to the semiconductor wafer 109, a sharp cis potential distribution follows the shape of the susceptor ring 113 near the end 109e of the semiconductor wafer 109, It is unsuitable as a control station. On the other hand, when the first portion 139b1 is brought close to the back surface 109b of the semiconductor wafer 109, the cis potential distribution only in the vicinity of the end portion 109e of the semiconductor wafer 109 is affected, and the controllability is improved by the third portion. The result is better compared to the case where the portion 139b3 is brought too close to each other. From the above, in order to provide a desirable cis potential control region, it is preferable that the distance A is smaller than the distance B (A<B).

또한, 박막 전극(139b)을 구비하는 유전체 링(139)은, 그 상면이 유전체제의 서셉터 링(113)에 의해 덮여 있어 플라스마(116)에 접촉하지 않기 때문에, 과도한 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 서셉터 링(113)과 접하는 유전체 링(139)의 표면은, 조면(예를 들면 표면 거칠기 Ra가 1.0 이상)에 의해 구성되어 있기 때문에, 플라스마에 접해서 고온으로 되는 서셉터 링(113)으로부터 유전체 링(139)에의 전열을 억제할 수 있다. 따라서, 플라스마 처리 장치의 신뢰성을 향상할 수 있고, 또한, 가공 형상 불균일의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(109)의 제조 수율을 향상할 수 있다.In addition, the upper surface of the dielectric ring 139 including the thin film electrode 139b is covered by the dielectric susceptor ring 113 and does not contact the plasma 116, so excessive temperature rise can be suppressed. there is. In addition, since the surface of the dielectric ring 139 in contact with the susceptor ring 113 is composed of a rough surface (for example, surface roughness Ra is 1.0 or more), the susceptor ring 113 becomes high temperature when in contact with plasma. ) to the dielectric ring 139 can be suppressed. Therefore, the reliability of the plasma processing device can be improved, and the occurrence of uneven processing shape can be suppressed, thereby improving the manufacturing yield of the semiconductor wafer 109.

또한, 시료대(ST)의 전극 기재(108)와, 유전체 링(139)에 마련한 박막 전극(139b)에 단일의 고주파 전원(124)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 전극 기재(108)에 인가하는 고주파 전력과, 박막 전극(139b)에 인가하는 고주파 전력의 전기적인 상호 간섭을 억제할 수 있다. 반도체 웨이퍼(109)의 이면(109b)의 아래쪽에 있어서 박막 전극(139b)의 내주단(139bie)을 시료대(ST)에 근접시킬 수 있고, 박막 전극(139b)의 제1 부분(139b1) 및 제2 부분(139b2)을 반도체 웨이퍼(109)에 접근시킬 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(109)의 주연부 및 외주 영역에 있어서 바람직한 전계 제어, 시스 전위 제어가 가능해지기 때문에, 플라스마 처리 장치의 신뢰성 향상 및 반도체 웨이퍼(109)의 수율 향상이라는 효과를 달성할 수 있다.In addition, high-frequency power is supplied from the single high-frequency power source 124 to the electrode base 108 of the sample stand ST and the thin film electrode 139b provided on the dielectric ring 139, thereby applying it to the electrode base 108. Electrical mutual interference between the high-frequency power and the high-frequency power applied to the thin film electrode 139b can be suppressed. Below the back surface 109b of the semiconductor wafer 109, the inner peripheral end 139bie of the thin film electrode 139b can be brought close to the sample stand ST, and the first portion 139b1 of the thin film electrode 139b and The second portion 139b2 may be approached to the semiconductor wafer 109. As a result, desirable electric field control and cis potential control are possible in the peripheral and outer regions of the semiconductor wafer 109, thereby achieving the effects of improved reliability of the plasma processing device and improved yield of the semiconductor wafer 109.

(변형예 1)(Variation Example 1)

도 5는, 변형예 1인 플라스마 처리 장치의 웨이퍼 재치용 전극의 주변부를 나타내는 단면도이다. 도 5는, 도 4의 변형예이다.FIG. 5 is a cross-sectional view showing the peripheral portion of the wafer placement electrode of the plasma processing apparatus of Modification Example 1. Figure 5 is a modified example of Figure 4.

상기 실시형태의 도 4와는, 유전체 링(139')의 형상이 다르다. 유전체성 링(139a')의 상면은, 제1 면(139a1), 제3 면(139a3') 및 제2 면(139a2)을 구비한다. 제3 면(139a3')은, 제1 면(139a1) 및 제2 면(139a2)에 대해서 90°보다 큰 경사를 갖는다. 제3 면(139a3')은, 연직 방향을 따라서 시료대(ST)에 근접하는 경사를 갖는다.4 of the above embodiment, the shape of the dielectric ring 139' is different. The upper surface of the dielectric ring 139a' has a first surface 139a1, a third surface 139a3', and a second surface 139a2. The third surface 139a3' has an inclination greater than 90° with respect to the first surface 139a1 and the second surface 139a2. The third surface 139a3' has an inclination that approaches the sample stand ST along the vertical direction.

링 형상의 박막 전극(139b')은, 내주단(139bie)으로부터 외주단(139boe)에 이르는 링폭을 갖고, 폭 방향에 제1 부분(139b1), 제3 부분(139b3') 및 제2 부분(139b2)을 갖는다. 제1 부분(139b1), 제3 부분(139b3') 및 제2 부분(139b2)은, 각각, 유전체제 링(139a')의 상면의 제1 면(139a1), 제3 면(139a3') 및 제2 면(139a2)에 대응해서 형성되어 있다. 따라서, 제3 부분(139b3')은, 연직 방향을 따라서 시료대(ST)에 근접하는 경사를 갖는다.The ring-shaped thin film electrode 139b' has a ring width extending from the inner peripheral end 139bie to the outer peripheral end 139boe, and includes a first part 139b1, a third part 139b3', and a second part in the width direction ( 139b2). The first part 139b1, the third part 139b3', and the second part 139b2 are the first surface 139a1, the third surface 139a3', and the upper surface of the dielectric ring 139a', respectively. It is formed corresponding to the second surface 139a2. Accordingly, the third portion 139b3' has an inclination that approaches the sample stage ST along the vertical direction.

변형예 1에 있어서도, 상기 실시형태와 마찬가지로, 평면에서 보았을 때에 있어서, 제1 부분(139b1)은 반도체 웨이퍼(109)와의 사이에 「겹침 영역」을 갖고 있다. 또한, 제1 부분(139b1)은, 이면(109b)으로부터 수직 방향으로 거리 A만큼 이간해서 배치되고, 제3 부분(139b3')은, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e)로부터 수평 방향으로 거리 B'만큼 이간해서 배치되고, 거리 A는 거리 B'보다도 작다.In Modification 1 as well, as in the above embodiment, the first portion 139b1 has an “overlapping area” between the first portion 139b1 and the semiconductor wafer 109 when viewed from the top. In addition, the first part 139b1 is arranged at a distance A in the vertical direction from the back surface 109b, and the third part 139b3' is arranged at a horizontal distance from the end 109e of the semiconductor wafer 109. They are placed spaced apart by B', and distance A is smaller than distance B'.

변형예 1에 따르면, 상기 실시형태에 비하여, 제3 부분(139b3') 하부를 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e)에 근접시킬 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(109)의 단부(109e) 주변에 있어서의 시스 전위 분포에 영향을 미쳐서, 시스 전위 제어역의 변경을 가능하게 한다.According to Modification 1, compared to the above embodiment, the lower part of the third portion 139b3' can be brought closer to the end 109e of the semiconductor wafer 109. Therefore, it affects the cis potential distribution around the end 109e of the semiconductor wafer 109, making it possible to change the cis potential control region.

(변형예 2)(Variation 2)

도 6은, 변형예 2인 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 상기 실시형태의 도 2와는, 고주파 전력의 공급처가 다르다. 변형예 2에서는, 고주파 전원(124)은, 정합기(129) 및 분기 박스(127)를 통해서 도전체막(111)에 접속되어 있다.Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the configuration of the plasma processing device of Modification Example 2. 2 of the above embodiment, the source of supply of high-frequency power is different. In Modification 2, the high-frequency power source 124 is connected to the conductor film 111 through the matching device 129 and the branch box 127.

도 6의 구성에 있어서도, 도 2에 나타내는 구성으로부터 부하 임피던스가 변화한 분을 고주파 전원(124)에 의한 고주파 전력값을 적절하게 변경해서 보정함으로써, 도전체막(111)에 의해 형성된 반도체 웨이퍼(109)의 주연부 및 외주 영역의 시스 전위 분포는, 도 2의 경우의 시스 전위 분포와 마찬가지로 되어, 상기 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.Also in the configuration shown in FIG. 6, the change in load impedance from the configuration shown in FIG. 2 is corrected by appropriately changing the high-frequency power value of the high-frequency power source 124, thereby forming the semiconductor wafer 109 formed by the conductor film 111. ) The cis potential distribution in the peripheral and outer regions is similar to the cis potential distribution in the case of Fig. 2, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.

또한, 상기 실시형태 혹은 변형예에서는, 처리 전에 미리 반도체 웨이퍼(109)의 주면에 배치되는 피에칭막은 실리콘 산화막이고, 에칭용의 처리 가스 및 클리닝용의 클리닝 가스로서, 사불화메탄 가스, 산소 가스, 트리플루오로메탄 가스가 이용된다. 또한, 피에칭막으로서, 실리콘 산화막뿐만 아니라, 폴리실리콘막, 포토레지스트막, 반사 방지 유기막, 반사 방지 무기막, 유기계 재료, 무기계 재료, 실리콘 산화막, 질화실리콘 산화막, 질화실리콘막, Low-k 재료, High-k 재료, 아모퍼스 카본막, Si 기판, 메탈 재료 등을 이용할 수 있으며, 이들 경우에 있어서도 동등한 효과가 얻어진다.In addition, in the above embodiment or modified example, the etching film disposed on the main surface of the semiconductor wafer 109 before processing is a silicon oxide film, and the processing gas for etching and the cleaning gas for cleaning include tetrafluoromethane gas and oxygen gas. , trifluoromethane gas is used. In addition, the etching film includes not only a silicon oxide film, but also a polysilicon film, a photoresist film, an anti-reflection organic film, an anti-reflection inorganic film, an organic material, an inorganic material, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, and a low-k Materials, high-k materials, amorphous carbon films, Si substrates, metal materials, etc. can be used, and the same effect is obtained in these cases as well.

또한, 에칭용의 처리 가스로서는, 염소 가스, 브롬화수소 가스, 사불화메탄 가스, 삼불화메탄 가스, 이불화메탄 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스, 산소 가스, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 일산화탄소 가스, 수소 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 에칭용의 처리 가스로서는, 암모니아 가스, 팔불화프로판 가스, 삼불화질소 가스, 육불화황 가스, 메탄 가스, 사불화실리콘 가스, 사염화실리콘 가스, 네온 가스, 크립톤 가스, 제논 가스, 라돈 가스 등을 사용할 수 있다.Additionally, processing gases for etching include chlorine gas, hydrogen bromide gas, tetrafluoromethane gas, trifluoromethane gas, difluoromethane gas, argon gas, helium gas, oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, and hydrogen. Gas, etc. can be used. In addition, processing gases for etching include ammonia gas, propane octafluoride gas, nitrogen trifluoride gas, sulfur hexafluoride gas, methane gas, silicon tetrafluoride gas, silicon tetrachloride gas, neon gas, krypton gas, xenon gas, and radon gas. etc. can be used.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 그 실시형태에 의거해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 웨이퍼 재치용 전극(120)은 유전체막(140)의 내부 혹은 기재 전극(108)의 내부에, 반도체 웨이퍼(109)의 온도의 조절을 하는 히터를 구비해도 된다. 또한, 이와 같은 온도 조절을 위해서 기재 전극(108) 내부에서 제어기(170)와 통신 가능하게 배치되어 온도를 검지하는 적어도 하나의 온도 센서를 구비해도 된다.Above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and of course various changes can be made without departing from the gist of the invention. For example, the wafer placement electrode 120 may be provided with a heater for controlling the temperature of the semiconductor wafer 109 inside the dielectric film 140 or inside the base electrode 108. Additionally, for such temperature control, at least one temperature sensor may be provided inside the substrate electrode 108 to be able to communicate with the controller 170 and detect the temperature.

상기 실시형태에서는, 처리실(104) 내에 주파수가 2.45GHz인 마이크로파의 전계와 이것에 아울러서 ECR을 형성할 수 있는 자계를 공급하고, 처리용 가스를 방전시켜서 플라스마를 형성하는 구성을 설명했다. 그러나, 상기 실시형태에서 설명한 구성은, 다른 방전(유효 자장 UHF 방전, 용량 결합형 방전, 유도 결합형 방전, 마그네트론 방전, 표면파 여기 방전, 트랜스퍼·커플드 방전)을 이용해서 플라스마를 형성하는 경우여도, 상기의 실시형태 등에서 설명한 것과 마찬가지의 작용·효과를 나타낼 수 있다. 또한, 플라스마 처리를 행하는 그 밖의 플라스마 처리 장치, 예를 들면 플라스마 CVD 장치, 애싱 장치, 표면 개질 장치 등에서 배치되는 웨이퍼 재치용 전극에, 상기 실시형태 및 변형예 1 및 2를 적용한 경우에 대해서도 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.In the above embodiment, a configuration was explained in which a microwave electric field with a frequency of 2.45 GHz and a magnetic field capable of forming ECR are supplied into the processing chamber 104, and processing gas is discharged to form plasma. However, the configuration described in the above embodiment may be used to form plasma using other discharges (effective magnetic field UHF discharge, capacitively coupled discharge, inductively coupled discharge, magnetron discharge, surface wave excitation discharge, and transfer/coupled discharge). , the same actions and effects as those described in the above embodiments, etc. can be exhibited. In addition, the same applies to the case where the above embodiment and modification examples 1 and 2 are applied to wafer placement electrodes disposed in other plasma processing devices that perform plasma processing, such as plasma CVD devices, ashing devices, surface modification devices, etc. The effect can be obtained.

OS : 중심 OU : 중심
ST : 시료대 100 : 플라스마 에칭 장치
101 : 진공 용기 102 : 샤워 플레이트
102a : 가스 도입 구멍 103 : 유전체창
104 : 처리실 105 : 도파관
106 : 전계 발생용 전원 107 : 자장 발생 코일
108 : 전극 기재 108a : 상면
108d : 오목부(함몰부) 108p : 볼록부(돌기부)
109 : 반도체 웨이퍼 109a : 주면
109b : 이면 109e : 단부(원호부)
110 : 진공 배기구 111 : 도전체막
112 : 접지 113 : 서셉터 링
116 : 플라스마 120 : 웨이퍼 재치용 전극
120a : 재치면 120b : 상면
124 : 고주파 전원 125 : 고주파 필터
126 : 직류 전원 127 : 분기 박스
129 : 정합기 130 : 부하 임피던스 가변 박스
139 : 유전체 링 139a : 유전체제 링
139a1 : 제1 면 139a2 : 제2 면
139a3 : 제3 면 139a3' : 제3 면
139b : 박막 전극 139b1 : 제1 부분
139b2 : 제2 부분 139b3 : 제3 부분
139b3' : 제3 부분 139bie : 내주단
139boe : 외주단 140 : 유전체막
150 : 절연 플레이트 151 : 접지 플레이트
152 : 냉매 유로 160 : 전계·자계 형성부
170 : 제어기
OS: centered OU: centered
ST: Sample stand 100: Plasma etching device
101: Vacuum container 102: Shower plate
102a: gas introduction hole 103: dielectric window
104: processing chamber 105: waveguide
106: Power source for electric field generation 107: Magnetic field generation coil
108: electrode base 108a: top surface
108d: concave part (depression) 108p: convex part (protrusion)
109: semiconductor wafer 109a: main surface
109b: Back side 109e: End (circle)
110: Vacuum exhaust port 111: Conductor film
112: ground 113: susceptor ring
116: Plasma 120: Electrode for wafer placement
120a: tread surface 120b: top surface
124: high frequency power 125: high frequency filter
126: DC power supply 127: Branch box
129: Matcher 130: Load impedance variable box
139: dielectric ring 139a: dielectric ring
139a1: first side 139a2: second side
139a3: Third side 139a3': Third side
139b: thin film electrode 139b1: first part
139b2: Second part 139b3: Third part
139b3': Third part 139bie: Naejudan
139boe: outer edge 140: dielectric film
150: insulation plate 151: ground plate
152: Refrigerant flow path 160: Electric field/magnetic field forming part
170: controller

Claims (12)

진공 처리 장치 내부의 플라스마가 형성되는 처리실 내에 배치되고, 그 위에 처리 대상의 웨이퍼가 재치(載置)되는 재치면을 갖는 시료대로서, 상부의 중앙부에 배치되어 상면에 상기 재치면을 갖는 원통형의 볼록부와 당해 볼록부를 링 형상으로 둘러싸고 배치되어 상기 상부의 외주 부분을 구성하는 오목부와 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 고주파 전극을 구비한 시료대와,
상기 오목부에 상기 볼록부를 둘러싸고 배치된 것으로서, 상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 고주파 전극에 공급되는 것과 다른 크기의 고주파 전력이 공급되는 링 형상의 박막 전극, 및 상기 박막 전극의 상방에서 이것을 덮고 배치된 유전체제의 부분을 갖는 서셉터링을 구비하고,
상기 박막 전극은, 내주 단부를 구성하고 상기 재치면보다 낮게 위치하여 평탄한 부분을 갖는 제1 부분과, 이 제1 부분 및 상기 웨이퍼의 외주측에 배치되고 상기 웨이퍼의 상면보다 높게 위치하는 평탄한 제2 부분과, 상기 제1 부분의 외주연부와 상기 제2 부분의 내주연부를 연결하여 단차 형상의 부분을 구성하는 제3 부분을 포함하고,
상기 서셉터링은, 상기 박막 전극의 제1 부분을 덮고 웨이퍼가 재치면에 재치된 상태에서 평면에서 보았을 때에 있어서 당해 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는 내주 단부와, 상기 제2 부분을 덮는 상면이 평탄하게 된 외주부와, 이들 내주 단부와 외주부의 사이를 일체로 연결하여 외주를 향함에 따라 높아지는 경사진 상면을 갖고 상기 제2 부분을 덮는 부분을 구비한, 플라스마 처리 장치.
A sample table is disposed in a processing chamber where plasma inside a vacuum processing device is formed and has a placement surface on which a wafer to be processed is placed, and is disposed in the central portion of the upper portion and has a cylindrical shape having the placement surface on the upper surface. a sample stand having a convex portion, a concave portion arranged to surround the convex portion in a ring shape and constituting an outer peripheral portion of the upper portion, and a high-frequency electrode to which high-frequency power is supplied during processing of the wafer;
A ring-shaped thin film electrode disposed in the concave portion surrounding the convex portion and supplied with high frequency power of a different magnitude from that supplied to the high frequency electrode during processing of the wafer, and a dielectric disposed above the thin film electrode to cover the convex portion. It has a susceptor ring having a part of the system,
The thin film electrode includes a first part that constitutes an inner peripheral end and is located lower than the placement surface and has a flat portion, and this first portion and a flat second portion that is disposed on the outer peripheral side of the wafer and is located higher than the upper surface of the wafer. And, a third part that connects the outer periphery of the first part and the inner periphery of the second part to form a step-shaped part,
The susceptor ring includes an inner peripheral end that covers the first part of the thin film electrode and is located below the outer peripheral end of the wafer when viewed from the top with the wafer placed on the mounting surface, and an upper surface that covers the second part. A plasma processing device comprising this flattened outer peripheral portion and a portion that integrally connects the inner peripheral end portion and the outer peripheral portion and has an inclined upper surface that increases toward the outer periphery and covers the second portion.
제1항에 있어서,
상기 박막 전극의 상기 내주단은, 평면에서 보았을 때에 있어서 상기 재치면에 재치된 상태의 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는, 플라스마 처리 장치.
According to paragraph 1,
The inner peripheral end of the thin film electrode is located below the outer peripheral end of the wafer placed on the placing surface in a planar view.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 오목부의 상면과 상기 박막 전극의 사이에 배치된 유전체제의 절연링을 구비한, 플라스마 처리 장치.
According to claim 1 or 2,
A plasma processing device comprising an insulating ring made of a dielectric disposed between the upper surface of the concave portion and the thin film electrode.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시료대는, 기재 및 당해 기재 상에 배치되고 상면이 상기 재치면을 구성하는 유전체막을 구비한, 플라스마 처리 장치.
According to claim 1 or 2,
A plasma processing device, wherein the sample stand is provided with a substrate and a dielectric film disposed on the substrate and whose upper surface constitutes the placement surface.
제4항에 있어서,
상기 기재에 상기 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원을 구비한, 플라스마 처리 장치.
According to clause 4,
A plasma processing device comprising a high-frequency power source that supplies the high-frequency power to the substrate.
제4항에 있어서,
상기 유전체막은, 그 내부에 상기 고주파 전력이 공급되는 도전체막을 구비한, 플라스마 처리 장치.
According to clause 4,
A plasma processing device, wherein the dielectric film has a conductive film inside which the high-frequency power is supplied.
진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상부의 재치면 상에 처리 대상의 웨이퍼를 재치하고, 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 상기 웨이퍼를 처리하는 플라스마 처리 방법으로서,
상기 시료대는, 상부의 중앙부에 배치되어 상면에 상기 재치면을 갖는 원통형의 볼록부와 당해 볼록부를 링 형상으로 둘러싸고 배치되어 상기 상부의 외주 부분을 구성하는 오목부와 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 고주파 전극과, 상기 오목부에 상기 볼록부를 둘러싸고 배치된 것으로서 링 형상의 박막 전극 및 당해 박막 전극의 상방에서 이것을 덮고 배치된 유전체제의 부분을 갖는 서셉터링을 구비하고,
상기 박막 전극은, 내주 단부를 구성하고 상기 재치면보다 낮게 위치하여 평탄한 부분을 갖는 제1 부분과, 이 제1 부분 및 상기 웨이퍼의 외주측에 배치되고 상기 웨이퍼의 상면보다 높게 위치하는 평탄한 제2 부분과, 상기 제1 부분의 외주연부와 상기 제2 부분의 내주연부를 연결하여 단차 형상의 부분을 구성하는 제3 부분을 포함하고,
상기 서셉터링은, 상기 박막 전극의 제1 부분을 덮고 웨이퍼가 재치면에 재치된 상태에서 평면에서 보았을 때에 있어서 당해 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는 내주 단부와, 상기 제2 부분을 덮는 상면이 평탄하게 된 외주부와, 이들 내주단부와 외주부의 사이를 일체로 연결하여 외주를 향함에 따라 높아지는 경사진 상면을 갖고 상기 제2 부분을 덮는 부분을 구비하고,
상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 고주파 전극에 공급되는 것과 다른 크기의 고주파 전력이 공급되는, 플라스마 처리 방법.
A plasma processing method in which a wafer to be processed is placed on a placement surface of the upper part of a sample stand placed in a processing chamber inside a vacuum container, and the wafer is processed using plasma formed in the processing chamber,
The sample stand includes a cylindrical convex portion disposed in the central portion of the upper surface and having the mounting surface on the upper surface, a concave portion arranged to surround the convex portion in a ring shape and constituting an outer peripheral portion of the upper portion, and a high-frequency power source during processing of the wafer. A susceptor ring having a supplied high-frequency electrode, a ring-shaped thin film electrode disposed in the concave portion surrounding the convex portion, and a portion of a dielectric material disposed above the thin film electrode to cover it,
The thin film electrode includes a first part that constitutes an inner peripheral end and is located lower than the placement surface and has a flat portion, and this first portion and a flat second portion that is disposed on the outer peripheral side of the wafer and is located higher than the upper surface of the wafer. And, a third part that connects the outer periphery of the first part and the inner periphery of the second part to form a step-shaped part,
The susceptor ring includes an inner peripheral end that covers the first part of the thin film electrode and is located below the outer peripheral end of the wafer when viewed from the top with the wafer placed on the mounting surface, and an upper surface that covers the second part. This flattened outer peripheral portion is provided with a portion that integrally connects the inner peripheral end and the outer peripheral portion and has a sloping upper surface that increases toward the outer periphery and covers the second portion,
A plasma processing method in which high-frequency power of a different magnitude from that supplied to the high-frequency electrode is supplied during processing of the wafer.
제7항에 있어서,
상기 박막 전극의 상기 내주단은, 평면에서 보았을 때에 있어서 상기 재치면에 재치된 상태의 웨이퍼의 외주 단부의 하방에 위치하는, 플라스마 처리 방법.
In clause 7,
A plasma processing method, wherein the inner peripheral end of the thin film electrode is located below the outer peripheral end of the wafer placed on the placing surface in a planar view.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 오목부의 상면과 상기 박막 전극의 사이에 배치된 유전체제의 절연링을 구비한, 플라스마 처리 방법.
According to claim 7 or 8,
A plasma treatment method comprising an insulating ring made of a dielectric disposed between the upper surface of the concave portion and the thin film electrode.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 시료대는, 기재 및 당해 기재 상에 배치되고 상면이 상기 재치면을 구성하는 유전체막을 구비한, 플라스마 처리 방법.
According to claim 7 or 8,
A plasma treatment method, wherein the sample stand is provided with a substrate and a dielectric film disposed on the substrate and whose upper surface constitutes the mounting surface.
제10항에 있어서,
상기 기재에 상기 고주파 전력을 공급하는, 플라스마 처리 방법.
According to clause 10,
A plasma treatment method of supplying the high frequency power to the substrate.
제10항에 있어서,
상기 유전체막 내부에 배치된 도전체막에 상기 고주파 전력이 공급되는, 플라스마 처리 방법.
According to clause 10,
A plasma processing method in which the high-frequency power is supplied to a conductive film disposed inside the dielectric film.
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